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1、电力市场的输电阻塞管理模型电力市场的输电阻塞管理模型电子科技大学电子科技大学指导教师：覃思义指导教师：覃思义参赛队员：叶参赛队员：叶 磊磊 余余 侠侠 张张 婧婧20042004 年年 9 9 月月 2020 日日电力市场的输电阻塞管理模型电力市场的输电阻塞管理模型摘要摘要本文用多元线性回归得到描述各线路的有功潮流和各发电机组出力关系的回归方程，以“公平”为原则设计了阻塞费用函数，用最优化理论建立了确定出力分配预案的模型和分步调整预案的阻塞管理模型。首先，绘散点图分析实验数据，将对各线路有功潮流影响甚微且相应图上散点随机分布的机组去除，用多元线性回归分析得到各线路的有功潮流和各发电机组出力的近
2、似关系，并从拟合优度及线性相关性是否显著两方面进行检验。其次，把电作为一种特殊的商品，并借鉴市场经济法律的有关规定，先建立了描述网方、序内方、序外方三方的经济“损失”的损失函数，再按其损失比例进行“补偿” ，从而得到了阻塞费用函数。接着，根据电力市场交易规则，建立了以清算价最低为目标，以爬坡速率、总出力值为约束的线性优化模型，确定出力分配预案。我们结合实际，对模型进行简化，自己设计智能排序寻优算法求解。然后，在直接调整分配预案就能消除阻塞的情况下，建立了以阻塞费用最小为目标，以爬坡速率、总出力值和潮流限值为约束的二次规划模型；在直接调整分配预案不能消除阻塞的情况下，考虑使用安全裕度输电，加入各
3、线路上潮流的绝对值超过限值的最大百分比最小的目标建立双目标二次规划；若安全裕度输电都不能解决，必须拉闸限电，加入拉闸限电功率最小的目标建立三目标二次规划模型。对后两种情况，后加入的目标重要性高于已有目标，用分层序列法将其化为单目标规划。由于段价是出力值的分段函数，不方便编程。我们引入 0-1 变量，将其化为线性约束。最终得到的结果如下： 预报负荷需求为 982.4MW时，清算价 303 元，直接调整分配预案就能消除阻塞，阻塞费用为 1272.78 元。预报负荷需求为 1052.8MW时，清算价 356 元，使用安全裕度输电，阻塞费用为576.90 元。最后，从目标函数、时段供电量的计算两个方向
4、对模型进行了改进。一、问题的提出我国电力系统的市场化改革正在积极、稳步地进行。2003 年 3 月国家电力监管委员会成立，2003 年 6 月该委员会发文列出了组建东北区域电力市场和进行华东区域电力市场试点的时间表，标志着电力市场化改革已经进入实质性阶段。可以预计，随着我国用电紧张的缓解，电力市场化将进入新一轮的发展，这给有关产业和研究部门带来了可预期的机遇和挑战。电力从生产到使用的四大环节发电、输电、配电和用电是瞬间完成的。我国电力市场初期是发电侧电力市场，采取交易与调度一体化的模式。电网公司组织交易、调度和配送是在“安全第一”的原则下，追求购电费用最小的经济目标。电网有若干台发电机组和若干
5、条主要线路，每条线路上的有功潮流（输电功率和方向）取决于电网结构和各发电机组的出力。电网每条线路上的有功潮流的绝对值有一安全限值，限值还具有一定的相对安全裕度（即在应急情况下潮流绝对值可以超过限值的百分比的上限） 。 “安全第一”的原则是在决不超过相对安全裕度的前提下，尽量避免潮流绝对值超过安全限值或尽量减小超过的百分比。即在保证相对安全裕度的前提下，尽量避免阻塞和尽量减轻阻塞程度。为达到购电费用最小的经济目标，制订了电力市场的交易规则（见附件一） 。然而“安全”和“经济”是相互影响制约的。为了“安全”会损失一部分“经济”的利益，为了“经济”也可能使“安全”的保障减弱。市场交易-调度中心为了同
6、时满足“安全”和“经济” ，并在它们之间找到平衡点，采用这样的方式组织交易、调度和配送：先用交易规则第 2 条的方法达到“经济”的目的，再对得到的出力分配预案进行“安全性”的检查和调整。具体步骤见附件二。我们需要做的工作如下：1、某电网有 8 台发电机组，6 条主要线路，附表三和附表四中的方案 0 给出了各机组的当前出力和各线路上对应的有功潮流值，方案 132 给出了围绕方案 0 的一些实验数据，试用这些数据确定各线路上有功潮流关于各发电机组出力的近似表达式。2、设计一种简明、合理的阻塞费用计算规则，除考虑上述电力市场规则外，还需注意：在输电阻塞发生时公平地对待序内容量不能出力的部分和报价高于
7、清算价的序外容量出力的部分。3、假设下一个时段预报的负荷需求是 982.4MW，附表五、附表六和附表七分别给出了各机组的段容量、段价和爬坡速率的数据，试按照电力市场规则给出下一个时段各机组的出力分配预案。4、按照附表八给出的潮流限值，检查得到的出力分配预案是否会引起输电阻塞，并在发生输电阻塞时，根据安全且经济的原则，调整各机组出力分配方案，并给出与该方案相应的阻塞费用。5、假设下一个时段预报的负荷需求是 1052.8MW，重复 34 的工作。二、问题的分析电网公司在组织交易、调度和配送时，是在遵循“安全第一”的原则下，追求购电费用最小的经济目标。由于“安全”和“经济”是相互影响制约的，为了“安
8、全”会损失一部分“经济”的利益，为了“经济”也可能使“安全”的保障减弱。故市场交易-调度中心为了同时满足“安全”和“经济” ，并在它们之间找到平衡点，先只考虑达到 “经济”的目的，即先依照电力市场交易规则(见附件一)，以购电费用最小为目标制定出力分配预案，再对得到的出力分配预案进行有关“安全”的检查，并对会出现输电阻塞的预案进行调整或采取限电措施，依据的原则见附件二中“输电阻塞管理原则” 。对于问题 1，要求确定各线路上有功潮流关于各发电机组出力的近似表达式。由于我们对其内部机理并不了解(如各机组和各线路如何连结分布、有功潮流如何叠加等等)，而已知的又只有 33 种不同的各机组出力方案以及对应
9、的各线路的潮流值，相当于 33 次实验的数据，故很可能有某些未知因素未被考虑。又因为实验中存在种种随机因素的影响，我们考虑用多元回归分析确定各线路上有功潮流和各发电机组出力间的相关关系。对于问题 2，要求在遵守电力市场规则、公平地对待序内方和序外方的基础上设计一种简明、合理的阻塞费用计算规则。阻塞费用是网方在结算时，对发电商(包括序内方和序外方)的经济损失给予的一种经济补偿。补偿原因是网方为避免阻塞或减轻阻塞程度，改变了根据电力市场交易规则得到的出力分配预案，使一些序内容量不能出力，而一些序外容量要在低于对应报价的清算价上出力，故网方应分别为自己的“违约”和“低价收购”行为对序内方和序外方进行
10、适当的经济补偿。但考虑到网方的“违约”和“低价收购”并非主观意愿，且发电商的损失并未转化为网方的经济利益，要网方赔偿实际也相当于网方的“损失” 。因此，阻塞费用的计算规则应体现出对网方、序内方和序外方三方面同样公平，考虑根据三方的损失，按比例分配总的“损失赔偿金额” ，其中，分给序内方和序外方的部分就是网方所付的阻塞费用。对于问题 3，要求对预报的负荷需求给出各机组的出力分配预案。出力分配预案的制定是在遵循电力市场规则下寻求购电费用最小的经济目标，具体来说，是在各机组当前出力和其爬坡速率的限制下，分配各机组出力，使清算价最低。考虑借助一定的算法，先对所有机组的各个段价从低到高排序，然后在合乎限
11、制的基础上，选出能使清算价最低的分配预案。对于问题 4，要求检查分配预案会否引起输电阻塞，并在可能发生阻塞时根据安全且经济的原则调整分配预案。首先，计算出分配预案下各线路潮流值，判断会否引起阻塞。若不会，继续采用分配预案。若会，要用输电阻塞管理原则(见附件二中)调整预案。管理原则的(1)至(3)条造成的损失是逐渐增大的，应尽量采用序号靠前的原则。先用原则(1)调整，可建立以阻塞费用最小为目标，满足一定约束条件的最优化模型。若此模型有解，阻塞就可被疏通。若无解，则说明原则(1)解决不了阻塞问题，采用原则(2)，该条原则实际上是要求在各线路潮流的绝对值超过限值的百分比尽量小的前提下(即“安全第一”
12、的前提下)，尽量减少阻塞费用，故可用一双目标规划模型描述。如果阻塞程度严重到连相对安全裕度的要求都满足不了，只有拉闸限电了。依此原则，应以拉闸限制的电量最小为第一目标，潮流的绝对值超过限值的百分比尽量小为第二目标，阻塞费用尽量少为第三目标，建立最优化模型。对于问题 5，把 1052.8 MW的预报负荷需求，利用问题 3、4 的模型进行阻塞检查和调整。因此，问题 3、4 的模型要注意提高其通用性。三、变量与符号说明0q：清算价。(单位：元/MWh) P：下一个时段预报的负荷需求。(单位：MW)ix(i=1,2,3,8)：机组i出力值。(单位：MW)iy(i=1,2,3, ,6)：线路i的潮流值。
13、(单位：MW)ix0(i=1,2,3,8)：机组i当前出力值。(单位：MW)iz(i=1,2,3,8)：分配预案中机组i的出力值。(单位：MW)iq(i=1,2,8)：机组i的出力值对应段的段价。(单位：元)iv(i=1,2,，8)：机组i的爬坡速率。(单位：MW/分钟)iy0(i=1,2,，6)：线路i的有功潮流限值。(单位：MW)T：交易时段的长度，有 T=15。(单位：分钟)Q：阻塞费用函数。(单位：元)ik0(i=1,2,6)：线路i的相对安全裕度。ik(i=1,2,6)：线路i上的潮流绝对值超过限值的百分比。k：6 条线路中，潮流绝对值超过限值的百分比的最大值，即ik(i=1,2,6
14、)中的最大值。lP：拉闸限电时被限制禁用的功率。(单位：MW)ijt： 0-1 变量， ijt=1 表示机组i入选的最高段为第j段。ijd：机组i选取的最高段的入选容量。(单位：MW)ija：表示机组i第j段的段容量。(单位：MW)ijh：机组i前j段段容量之和。(单位：MW)ijb：机组i第j段的段价。(单位：元)iw：实际方案中机组i在一个时段T内做的功。(单位：MWh)iw0：分配预案中机组i在一个时段T内做的功。(单位：MWh)四、基本假设1、每个时段的负荷预报和机组出力分配计划的参照时刻均为该时段结束时刻。2、机组当前出力是对机组在当前时段结束时刻实际出力的预测值。3、方案 032
15、是 33 次相互独立的试验。4、需要“爬坡”的机组在一个时段的起点开始“爬坡” ，直到其出力值满足需要。为了尽快满足预报的负荷需求，需要“爬坡”的机组必须在该时段的起点就开始“爬坡” ，并且不间断地“爬”至分配计划中要求的出力值。5、计算阻塞费用时，不考虑拉闸限电带来的损失。6、制定各机组分配预案时，严格按照电力市场交易规则执行，结算时该时段的全部机组出力都按照清算价计算。7、电网公司在组织交易、调度和配送时，必须遵守电网“安全第一”的原则，即以不出现输电阻塞或尽量减小输电阻塞为首要目标，并且有功潮流绝对值超过限值的百分比不能大于相对安全裕度。8、各线路的有功潮流仅与各发电机组当前出力有关，不
16、考虑其他因素的影响。9、计算总功时，不考虑爬坡速率引起的功率渐变过程，即此时段功率按当前出力计算。五、模型的建立与求解( (一一) )对问题对问题 1 1 的解答：的解答：1、模型的建立与求解：要确定各线路上有功潮流关于各发电机组出力的近似表达式，我们已知的只有 33种不同的各机组出力方案以及对应的各线路的潮流值，相当于 33 次实验的数据，而对其内部机理不甚了解，故很可能有某些未知因素未被考虑。又因为实验中存在种种随机因素的影响，故用多元回归分析确定各线路上有功潮流和各发电机组出力间的相关关系。先对数据进行分析。观察附表三发现，方案 132 都是围绕方案 0 的实验，是在方案 0 的基础上，改变一个机组的出力值，而保持另外 7 个机组的出力值不变，这 32 个方案中，方案 14 只改变机组 1 的出力值，方案 58 只改变机组 2 的出力值，依此类推，每 4 个方案只改变某一特定机组的出力值。算上方案 0，只改变某一特定机组出力值的方案各有 5 个。利用 MATLAB 编程，对每条线路各绘制 8 幅散
